GPS定位的误差源ppt课件
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第十讲GPS误差来源及影响12分解
▪ 直接波：
由卫星发射天线相位中心直接到达接收天 线相位中心
▪ 地面反射波 ▪ 星体反射波 间接波 ▪ 介质散射波
多路径误差
▪ GPS信号接收机所观测的GPS信号，是 直接波和间接波合成的合成波
▪ 多路径误差：间接波对直接波的破坏 性干涉而引起的站星距离误差
▪ 多路径误差的大小取决于间接波的强 弱和用户接收天线抗御间接波的能力
地面反射波
为影响多路径误差的主要因素 强弱取决于地面或地物的反射系数
不同地物对2GHz的微波信号的反射系数
水面
稻田
野地
森林山地
反射 损耗 反射 损耗 反射 损耗 反射 损耗 系数 （分贝） 系数 （分贝） 系数 （分贝） 系数 （分贝）
1.0
0
0.8
2
0.6 4
0.3 10
地面反射波（续）
▪ 反射信号经过的多路径长度称为“程差”，值为：
▪ 对于短基线（如小于20km）的效果尤 为明显
对流层
▪ 离地面高度40km以下的大气层，是 一种非电离大气层。温度随高度的上 升而降低
▪ 包括对流层和平流层
对流层（续）
地球大气层结构
对流层折射
▪ GPS信号通过对流层时，传播路径发生弯 曲，从而使测量距离产生偏差。
▪ 与信号的高度角有关，当在天顶方向（高 度角为90°），影响达2.3m；当在地面方 向（高度角为10° ），影响可达20m
▪ 电离层折射误差： GPS信号的传播时间乘以真空中光速得到的
距离与站星间的几何距离的偏差。
S = Ct + dion
站星之间的 信号传 真实距离 播时间
电离层改正项
dion
40.28 f2
S ' Neds
由卫星发射天线相位中心直接到达接收天 线相位中心
▪ 地面反射波 ▪ 星体反射波 间接波 ▪ 介质散射波
多路径误差
▪ GPS信号接收机所观测的GPS信号，是 直接波和间接波合成的合成波
▪ 多路径误差：间接波对直接波的破坏 性干涉而引起的站星距离误差
▪ 多路径误差的大小取决于间接波的强 弱和用户接收天线抗御间接波的能力
地面反射波
为影响多路径误差的主要因素 强弱取决于地面或地物的反射系数
不同地物对2GHz的微波信号的反射系数
水面
稻田
野地
森林山地
反射 损耗 反射 损耗 反射 损耗 反射 损耗 系数 （分贝） 系数 （分贝） 系数 （分贝） 系数 （分贝）
1.0
0
0.8
2
0.6 4
0.3 10
地面反射波（续）
▪ 反射信号经过的多路径长度称为“程差”，值为：
▪ 对于短基线（如小于20km）的效果尤 为明显
对流层
▪ 离地面高度40km以下的大气层，是 一种非电离大气层。温度随高度的上 升而降低
▪ 包括对流层和平流层
对流层（续）
地球大气层结构
对流层折射
▪ GPS信号通过对流层时，传播路径发生弯 曲，从而使测量距离产生偏差。
▪ 与信号的高度角有关，当在天顶方向（高 度角为90°），影响达2.3m；当在地面方 向（高度角为10° ），影响可达20m
▪ 电离层折射误差： GPS信号的传播时间乘以真空中光速得到的
距离与站星间的几何距离的偏差。
S = Ct + dion
站星之间的 信号传 真实距离 播时间
电离层改正项
dion
40.28 f2
S ' Neds
《GPS导航与应用》GPS的误差源 ppt课件
偏差 2 .1 2.0 4.0 0.5 1.0 0.5 5.1 5.1
1-sigma 误差，单位 m 随机误差 0.0 0.7 0.5 0.5 1.0 0.2 1.4 0.4 12.8 10.2
总误差 2.1 2.1 4.0 0.7 1.4 0.5 5.3 5.1
ppt课件
41
GPS测量误差的大小②
ppt课件
34
应对多路径误差的方法①
• 观测上
– 选择合适的观测地点，避开易产生多路径的环 境
易发生多路径的环境
ppt课件
35
应对多路径误差的方法②
• 硬件上
– 采用抗多路径误差的仪器设备
• 抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化 天线
• 抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等
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36
抗多路径效应的天线
应对多路径误差的方法③
• 数据处理上
– 加权 – 参数法 – 滤波法 – 信号分析法 – 模板法 –…
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37
第8节 其他误差
ppt课件
38
其他误差源
• 引力延迟 • 地球自转改正 • 地球固体潮改正 • 天线相位中心偏差及变化改正 • 相位回旋
•…
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– 对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散 介质
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20
电离层延迟
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21
电离层延迟
• 电离层延迟与下列因素有关
– 信号频率 – 信号传播途径上的总电子含量（TEC）
电离层
TEC
柱 体 底 面 积 为1 m 2
11、G P S 测量的误差来源 GPS课件
2万公里高度
1、电离层延迟
概念:
在电离层中，气体分子受到太阳等 天体各种射线辐射产生强烈电离，形成 大量的自由电子和正离子。当GPS 信 号通过电离层时，信号的路径发生弯曲， 传播速度也会发生变化，从而使测量的 距离发生偏差。
电离层延迟
50-1000km 电离层
1、电离层延迟
基本知识:
根据物理学知识，电离层中(载波)相折射率的近似公式为：
光速c=299792458m/s，在狭义相对论效应作用下，卫星 上钟的频率将变慢。
fs 0 .8 3 5 1 0 1 0f
2.3 相对论效应
2.相对论效应—广义相对论 原理：钟的频率与其所处的重力位有关
对GPS卫星钟的影响： 结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快
f25 .2 8 4 1 0 1 0f
1 0 . 2 3 M H z ( 1 4 . 4 4 9 1 0 1 0 ) 1 0 . 2 2 9 9 9 9 9 9 5 4 5 M H z 注意：上述计算是在卫星轨道为圆形、运动为匀速的情况下进行的，因此，
这种改正的方法仍有残差，对GPS时的影响最大可达70ns，对卫星钟速影 响可达0.01ns/s,这一项在高精度定位中是应考虑的。 （2）在时刻t时，在卫星钟读数上加上改正数，
特点
③星历误差对相对定位的影响
在 GPS 相 对 定 位 中 ， 卫 星 星 历 误 差对两个相邻测站的影响具有极强的 相关性，采用相位观测量求差的方法 可以削弱或消除星历误差的影响，因 此，星历误差对相对定位的影响远小 于对单点定位的影响。
2.1 卫星星历误差
通常采用如下公式进行估计星历误差对相对定位的影响
① 该误差主要取决于跟踪网的规模、跟踪站的分布、跟踪的方法、以及轨道计算 所采用的数学模型与软件等因素。
GPS测量及数据处理课件——GPS定位中的误差源
狭义相对论效应
钟的频率与其运动速度有关，在狭义相对论效 应作用下，卫星上钟的频率将变慢。
若卫星在地心惯性坐标系中的运动速度为Vs，
则在地面频率为f 的钟若安置到卫星上，其频率fs将变为：
fs
f [1 (Vs )2 ]1 2 c
f
(1
Vs 2 2c2
)
即两者的频率差f1为
f1
fs
f
Vs 2 2c2
卫星钟差
定义 物理同步误差 数学同步误差
应对方法
模型改正 钟差改正多项式
ts a0 a1 ts toc a2 ts toc 2
其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为 老化率。 相对定位或差分定位
接收机钟差
定义 GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想 的GPS时之间存在的偏差和漂移。
应对方法
作为未知数处理 相对定位或差分定位
3.3 相对论效应
狭义相对论效应 广义相对论效应
1 狭义相对论
1905年，出生于德国的美籍物 理学家阿尔伯特·爱因斯坦 （1879—1955）发表了狭义相 对论。
这个理论指出：在宇宙中唯一 不变的是光线在真空中的速度， 其它任何事物──速度、长度、 质量和经过的时间，都随观察 者的参考系（特定观察）而变 化。
3.1 概述 —— 各类误差对导航定位的影响
误差源 钟和星历误差
C/A 码（有 SA）C/A 码（无 SA）
2.3
2.3
SA
24.0
0.0
大气
电离层 对流层
7.0
7.0
2.0
2.0
多路径
1.5
1.5
接收机噪声
0.6
0.6
GPS定位误差源
• 广义相对论
– 1915 – 将相对论与引力论进行 了统一
§5.2 与卫星有关的误差
相对论效应
– 由①卫星钟和接收机钟在惯性空间中的运动速 度不同以及②这两台钟所处位置的地球引力位 不同而引起的时钟频率的差异。 – 前者①称为狭义相对论效应 – 后者②称为广义相对论效应
狭义相对论效应
• 原理：
§5.2 与卫星有关的误差
• 卫星星历误差 • 卫星钟的钟误差 • 相对论效应
卫星星历误差① • 定义
§5.2 与卫星有关的误差
– 由星历所给出的卫星在空间中的位置与其实际 位置之差。
• 星历类型
– 广播星历
• 由GPS的地面控制部分所确定和提供的，经GPS卫 星向全球所有用户公开播发的一种预报星历。
— 卫星轨道误差，卫星钟差，相对论效应
• 与传播途径有关的因素
— 电离层（折射）延迟，对流层（折射）延迟，多路径 效应
• 与接收设备有关的因素
— 接收机天线相位中心的偏移和变化，接收机钟差，接 收机内部噪声
• 其它影响
— 地球潮汐，负荷潮
§5.1 GPS定位误差分类
GPS测量误差的性质① • 偶然误差
• 结论
∆f 2 = 5.284 ×10 −10 ⋅ f
– 在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快
§5.2 与卫星有关的误差
相对论效应对卫星钟的综合影响 • 狭义相对论＋广义相对论
令： ∆f
1
= ∆f s
在狭义相对论效应和广义相对论效应的共同作用下，卫星上 钟频率相对于其在地面上时总的变化量∆f为 : ∆f = ∆f1 + ∆f 2 = 4.449 ×10 −10 ⋅ f
– 钟读数与真实系统时间之间的差异
GPS测量定位技术课件第五章
为了不受美国政府有意降低卫星星历精度的影响，可以建立 自己的GPS卫星跟踪网，进行独立定轨。如果跟踪站的数量和分 布选择得当，实测星历有可能达到10-7 的精度，这对提高精密定 位的精度将起显著作用。根据实测星历外推，还可为实时定位 用户提供较为准确的预报星历。
（2）相对定位
也称为同步观测值求差，这一方法是利用在两个或多个观测 站上，对同一卫星的同步观测值求差，因为星历误差对相距不 太远的两个测站的影响基本相同，所以对于确定两个测站之间 的相对位置，可以减弱卫星星历误差的影响。
GPS测量定位技术
1.电离层及其影响
电离层含有较高密度的电子，它属于弥散性介质，电 磁波在这种介质内传播时，其速度与频率有关。理论证明， 电离层的群折射率为
因而
nG 1 40.28Nef 2
vG
c nG
c(1 40.28Nef 2 )
（5-8）
式中Ne为电子密度（每立方米中的电子数）；f为信号的频 率（Hz）；c为真空中的光速。
二、卫星钟的钟误差
卫星钟采用的是GPS时，它是由主控站按照美国海军 天文台（USNO）的协调世界时（UTC）进行调整的。
GPS测量定位技术
二、卫星钟的钟误差
GPS时与UTC在1980年1月6日零时对准，不随闰秒增加， 时间是连续的，随着时间的积累，两者之间的差别将表现秒的 整倍数，如有需要，可由主控站对卫星钟的运行状态进行调整， 不过这种遥控调整仍然满足不了定位所需的精度。其次，尽管 GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但它们与理 想的GPS时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂移，也 包含钟的随机误差。这些偏差总量在1ms以内，由此引起的等效 距离可达300km。在GPS测量中，卫星作为高空观测目标，其位 置在不断变化，必须有严格的瞬间时刻，卫星位置才有实际意 义。其次，GPS测量就是通过接收和处理GPS信号实现定位的， 必须准确测定信号传播时间，才能准确测定观测站至卫星的距 离。所以时钟误差是一个重要误差源之一。
（2）相对定位
也称为同步观测值求差，这一方法是利用在两个或多个观测 站上，对同一卫星的同步观测值求差，因为星历误差对相距不 太远的两个测站的影响基本相同，所以对于确定两个测站之间 的相对位置，可以减弱卫星星历误差的影响。
GPS测量定位技术
1.电离层及其影响
电离层含有较高密度的电子，它属于弥散性介质，电 磁波在这种介质内传播时，其速度与频率有关。理论证明， 电离层的群折射率为
因而
nG 1 40.28Nef 2
vG
c nG
c(1 40.28Nef 2 )
（5-8）
式中Ne为电子密度（每立方米中的电子数）；f为信号的频 率（Hz）；c为真空中的光速。
二、卫星钟的钟误差
卫星钟采用的是GPS时，它是由主控站按照美国海军 天文台（USNO）的协调世界时（UTC）进行调整的。
GPS测量定位技术
二、卫星钟的钟误差
GPS时与UTC在1980年1月6日零时对准，不随闰秒增加， 时间是连续的，随着时间的积累，两者之间的差别将表现秒的 整倍数，如有需要，可由主控站对卫星钟的运行状态进行调整， 不过这种遥控调整仍然满足不了定位所需的精度。其次，尽管 GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但它们与理 想的GPS时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂移，也 包含钟的随机误差。这些偏差总量在1ms以内，由此引起的等效 距离可达300km。在GPS测量中，卫星作为高空观测目标，其位 置在不断变化，必须有严格的瞬间时刻，卫星位置才有实际意 义。其次，GPS测量就是通过接收和处理GPS信号实现定位的， 必须准确测定信号传播时间，才能准确测定观测站至卫星的距 离。所以时钟误差是一个重要误差源之一。
第5章-GPS测量的误差来源分解幻灯片课件
第五章 GPS测量的误差来源
dre l 2 cXi•X i (5.1.4)
式中，Xi 和dot(X i )分别表示卫星的位置向量和速度向量。 对于单点定位，卫星轨道非圆形的影响项必须按模型（5.1.3）
或（5.1.4）进行改正。在采用差分观测值的相对定位中，该项的 影响较小，但对精密定位仍不可忽视。
第五章 GPS测量的误差来源
在相对定位中随着基线长度的增加，卫星星历误差将成为影 响定位精度的主要因素。因此，卫星的星历误差是当前利用GPS 定位的重要误差来源之一。
削弱星历误差的途径：
在GPS测量中，根据不同的要求，处理卫星星历误差的方法原 则上有四种：
◆建立独立的跟踪网：建立GPS卫星跟踪网，进行独立定轨。 这不仅可以使我国的用户在非常时期内不受美国政府有意降低调制 在C/A码上的卫星星历精度的影响，且使提供的精密星历精度可达 到10-7。这将对提高精密定位的精度起到显著作用；也可为实时定 位提供预报星历。
5.1.3 相对论效应
相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度 和重力位）不同而引起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现 象。一台在惯性坐标系中频率为f 的钟，安置在GPS卫星上后，根据 狭义相对论的观点将产生df1= -0.835×10-10f 的频率偏差，根据广 义相对论的观点，又将产生df2= 5.284×10-10f 的引力频移，则总的 相对论效应影响为df= df1+ df2= 4.449×10-10f。
对流层延迟由干气延迟和湿气延迟两部分组成。干气延迟占总 延迟的80%～90%，比较有规律，在天顶方向可以1%的精度估计； 但湿气延迟很复杂，影响因素较多，目前只能以10%～20%的精度估 算。对流层延迟常用天顶方向的干、湿延迟分量及相应的映射函数 来表示：
GPS课件-GPS定位中的误差源
對GPS信號來說，電離層是色散介質，對流層是非色散介質
2、常用電離層延遲改正方法
➢ 經驗模型改正 • 方法：根據以往觀測結果所建立的模型 • 改正效果：較差
➢ 雙頻改正 • 方法：利用雙頻觀測值直接計算出延遲改正或組成無 電離層延遲的組合觀測量 • 效果：改正效果最好
➢ 實測模型改正 • 方法：利用實際觀測所得到的離散的電離層延遲（或 電子含量），建立模型（如內插） • 效果：改正效果較好
N 287.604 1.6288 2 0.0136 4
➢ 對流層對不同波長的波的折射效應
類型 紅光 紫光
波長(mm)
0.72 0.40
N 290.7966 298.3153
L1
1902936.728
287.6040
L2
2442102.134
287.6040
對GPS衛星所發送的電磁波信號，對流層不具有色散效應
10
1.7 0.6 -2.1 27
0.7 1.7 1.9
11
-1.1 -0.5 1.4 28
0.2 -4.7 -4.9
13
-0.3 0.5 -1.5 29
-1.8 -3.4 -1.8
14
0.9 -0.5 3.0 30
0.7 0.6 -1.2
15
1.4 -4.5 -1.1 31
6.1 -3.6 3.7
中間層 50km
平流層
10km
對流層
集中了大約75％的 大氣品質和90％以 上的水汽品質
地球大氣結構
1、大氣折射效應
➢ 大氣折射
信號在穿過大氣時，速度將發生變化，傳播路徑也將發生彎曲 。也稱大氣延遲。在GPS測量定位中，通常僅考慮信號傳播 速度的變化。
2、常用電離層延遲改正方法
➢ 經驗模型改正 • 方法：根據以往觀測結果所建立的模型 • 改正效果：較差
➢ 雙頻改正 • 方法：利用雙頻觀測值直接計算出延遲改正或組成無 電離層延遲的組合觀測量 • 效果：改正效果最好
➢ 實測模型改正 • 方法：利用實際觀測所得到的離散的電離層延遲（或 電子含量），建立模型（如內插） • 效果：改正效果較好
N 287.604 1.6288 2 0.0136 4
➢ 對流層對不同波長的波的折射效應
類型 紅光 紫光
波長(mm)
0.72 0.40
N 290.7966 298.3153
L1
1902936.728
287.6040
L2
2442102.134
287.6040
對GPS衛星所發送的電磁波信號，對流層不具有色散效應
10
1.7 0.6 -2.1 27
0.7 1.7 1.9
11
-1.1 -0.5 1.4 28
0.2 -4.7 -4.9
13
-0.3 0.5 -1.5 29
-1.8 -3.4 -1.8
14
0.9 -0.5 3.0 30
0.7 0.6 -1.2
15
1.4 -4.5 -1.1 31
6.1 -3.6 3.7
中間層 50km
平流層
10km
對流層
集中了大約75％的 大氣品質和90％以 上的水汽品質
地球大氣結構
1、大氣折射效應
➢ 大氣折射
信號在穿過大氣時，速度將發生變化，傳播路徑也將發生彎曲 。也稱大氣延遲。在GPS測量定位中，通常僅考慮信號傳播 速度的變化。
GPS测量的误差分析(共21张PPT)
m
•利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，s通过同步求差，残差不超过
10-6。
数字分析表明，上述残差对GPS的影响最大可达70ns，对卫星钟速的影响可达，显然此影响对精密定位不能忽略。
在GPS定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及
GPS测量的误差来源
§观测量的误差来源及其影响
1.误差的分类 GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：
•与卫星有关的误差。
•与信号传播有关的误差。
•与接收设备有关的误差。
为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距 离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。
测码伪距的等效距离误差/m
•引入相应的未知参数，在数据处理中联同其它未知参数一并求解。
卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一。
W a （2）卫星轨道偏差（星历误差）：
（3）载波相位观测的整周未知数
m
f c f W ga (1R) 在狭义和广义相对论的综合影响下，卫星频率的变化为： 目前，通过导航电文所得的卫星轨道信息，相2应的位置误2差约200-40路设计。
•利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，通过同步求差，残差不超过
不可避免地存在钟差和漂移，偏差总量约在 内，引起 1 ms 10-6。
在GPS定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及
5.0-10.0 2.0 1.2 0.5 5.5-10.3
7.5 0.5 7.5
《GPS测量定位误差》课件
《GPS测量定位误差》 PPT课件
GPS测量定位误差是定位技术中重要的问题之一。本课件将介绍GPS测量定位 误差的定义、影响、消除方法以及应用领GPS测量定位误差
1 定义
GPS测量定位误差是指GPS测量结果与真实位置之间的偏差。
2 种类
GPS测量定位误差包括精度误差、完整性误差、多路径误差等。
GPS测量定位误差的测试方法
1 原理
GPS测量定位误差测试是 通过对GPS信号进行处理 和分析，评估定位误差。
2 流程
GPS测量定位误差测试的 流程包括数据采集、数据 处理和分析等步骤。
3 准确性分析
通过对测试结果的分析， 评估GPS测量定位误差的 准确性和可靠性。
GPS测量定位误差的应用
1 导航
3 影响
GPS测量定位误差会降低定位的精度和准确性，影响导航和军事等领域的应用。
如何消除GPS测量定位误差
1 原理
消除GPS测量定位误差的原理包括差分定位、虚拟基站等。
2 方法
采用差分GPS、增强型GPS等技术可以有效消除GPS测量定位误差。
3 限制
GPS测量定位误差消除存在一定的限制，如环境条件、信号干扰等。
GPS测量定位误差在导航 系统中影响航行定位的准 确性。
2 军事领域
GPS测量定位误差在军事 作战中对目标定位和导航 起着重要作用。
3 物流运输
GPS测量定位误差在物流 运输中用于车辆定位和路 径规划等方面。
结论
1 影响和重要性
GPS测量定位误差对定位精度和导航应用产生重要影响。
2 未来发展趋势
随着技术不断的进步，GPS测量定位误差的准确性和稳定性将不断提高。
GPS测量定位误差是定位技术中重要的问题之一。本课件将介绍GPS测量定位 误差的定义、影响、消除方法以及应用领GPS测量定位误差
1 定义
GPS测量定位误差是指GPS测量结果与真实位置之间的偏差。
2 种类
GPS测量定位误差包括精度误差、完整性误差、多路径误差等。
GPS测量定位误差的测试方法
1 原理
GPS测量定位误差测试是 通过对GPS信号进行处理 和分析，评估定位误差。
2 流程
GPS测量定位误差测试的 流程包括数据采集、数据 处理和分析等步骤。
3 准确性分析
通过对测试结果的分析， 评估GPS测量定位误差的 准确性和可靠性。
GPS测量定位误差的应用
1 导航
3 影响
GPS测量定位误差会降低定位的精度和准确性，影响导航和军事等领域的应用。
如何消除GPS测量定位误差
1 原理
消除GPS测量定位误差的原理包括差分定位、虚拟基站等。
2 方法
采用差分GPS、增强型GPS等技术可以有效消除GPS测量定位误差。
3 限制
GPS测量定位误差消除存在一定的限制，如环境条件、信号干扰等。
GPS测量定位误差在导航 系统中影响航行定位的准 确性。
2 军事领域
GPS测量定位误差在军事 作战中对目标定位和导航 起着重要作用。
3 物流运输
GPS测量定位误差在物流 运输中用于车辆定位和路 径规划等方面。
结论
1 影响和重要性
GPS测量定位误差对定位精度和导航应用产生重要影响。
2 未来发展趋势
随着技术不断的进步，GPS测量定位误差的准确性和稳定性将不断提高。
第四章 GPS定位的误差来源
（3）减弱改正残差影响的主要措施
1）采用上述对流层模型加以改正。 2）引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据 处理中一并求得。 3）利用同步观测量求差。
3 多路径误差
在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射得卫 星信号（反射波）进入接收机天线，这就将和直接来 自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏 离真值产生所谓的“多路径效应”。 （1）反射波 （2）载波相位测量中的多路径误差
1）利用双频观测。 2）利用电离层改正模型加以改正。 3）利用同步观测值求差。
2 对流层折射
（1）对流层及其影响 对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度 随高度的上升而降低，GPS信号通过对流层时，也使传 播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种 现象叫做对流层折射。 （2）对流层折射的改正模型 1）霍普菲尔德（Hopfield）公式 2）萨斯塔莫宁（Saastamoinen）公式 3）勃兰克（Black）公式
2载波相位测量中的多路径误差多路径误差示意图消弱多路径误差的方法1选择合适的站址a测站应远离大面积平静地水面b测站不宜选择在山坡山谷和盆地中c测站应离开高层建筑物b接收机天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用
第四章 GPS定位的误差及消除
1 GPS测量误差的来源及分类 GPS测量是通过地面接收机设备接收卫星传送的信息 来确定地面点的三维坐标。测量结果的误差主要来源 于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。在 高精度的GPS测量中（如地球动力学研究），还应注意 到与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论 效应等地影响。
第二节 与卫星有关的误差
1 卫星星历误差 由星历所给出的卫星的空间位置与实际位置之差称为 卫星星历误差，即为星历精度。 （1）星历精度 1）广播星历（预报星历） 精度为20-30m。 2）精密星历（后处理星历） 1d解的精度为15-30cm，7d解的精度为5-15cm， 13d解的精度为3-5cm。
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– 特点
• 随机 • 量级小 – 毫米级
5
GPS测量误差的性质② GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质
• 系统误差（偏差 - Bias）
– 内容
• 其它具有某种系统性特征的误差
– 特点
• 具有某种系统性特征 • 量级大 – 最大可达数百米
6
GPS测量误差的大小① GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小
总误差 2.1 20.0 4.0 0.7 1.4 0.5 20.6 20.5
8
GPS测量误差的大小③ GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小
• PPS，双频，P/Y-码
误差来源
星历数据 卫星钟 电离层 对流层 多路径
接收机观测 用户等效距离误差(UERE), rms
滤波后的 UERE，rms 1-sigma 垂直误差–VDOP = 2.5 1-sigma 水平误差–HDOP = 2.0
• SPS（无SA）
误差来源
星历数据 卫星钟 电离层 对流层 多路径
接收机观测 用户等效距离误差(UERE), rms
滤波后的 UERE，rms 1-sigma 垂直误差–VDOP = 2.5 1-sigma 水平误差–HDOP = 2.0
偏差 2 .1 2.0 4.0 0.5 1.0 0.5 5.1 5.1
• 求差法
– 原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消 弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响
– 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的 相关性。
– 所针对的误差源
• 电离层延迟 • 对流层延迟 • 卫星轨道误差 •…
– 限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱
11
消除或消弱各种误差影响的方法 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 ③
• 与传播途径有关的误差
– 电离层延迟 – 对流层延迟 – 多路径效应
• 与接收设备有关的误差
– 接收机天线相位中心的偏移和变化 – 接收机钟差 – 接收机内部噪声
4
GPS测量误差的性质① GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质
• 偶然误差
– 内容
• 卫星信号发生部分的随机噪声 • 接收机信号接收处理部分的随机噪声 • 其它外部某些具有随机特征的影响
偏差 2 .1 2.0 1.0 0.5 1.0 0.5 3.3 3.3
1-sigma 误差，单位 m 随机误差 0.0 0.7 0.7 0.5 1.0 0.2 1.5 0.4 8.3 6.6
总误差 2.1 2.1 1.2 0.7 1.4 0.5 3.6 3.3
9
消除或消弱各种误差影响的方法 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 ①
• 应对方法
– 作为未知数处理 – 相对定位或差分定位
16
§4.3 相对论效应
• 狭义相对论效应 • 广义相对论效应
17
4. 3相对论效应 GPS测量定位的误差源 > 相对论效应
18
狭义相对论和广义相对论 GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 > 狭义相对论和广义相对论
• 狭义相对论
– 1905 – 运动将使时间、空间和物质的质量发生变化
误差来源
星历数据 卫星钟 电离层 对流层 多路径
接收机观测 用户等效距离误差(UERE), rms
滤波后的 UERE，rms 1-sigma 垂直误差–VDOP = 2.5 1-sigma 水平误差–HDOP = 2.0
偏差 2 .1 20.0 4.0 0.5 1.0 0.5 20.5 20.5
1-sigma 误差，单位 m 随机误差 0.0 0.7 0.5 0.5 1.0 0.2 1.4 0.4 51.4 41.1
• 模型改正法
– 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测 值进行修正
– 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻 了解，能建立理论或经验公式
– 所针对的误差源
• 相对论效应
• 电离层延迟 • 对流层延迟
改正后的观测值=原始观测值+模型改正
• 卫星钟差
– 限制：有些误差难以模型化
10
消除或消弱各种误差影响的方法 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 ②
• 参数法
– 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求 定出来
– 适用情况：几乎适用于任何的情况 – 限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计
12
消除或消弱各种误差影响的方法 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 ④
• 回避法
– 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境； 采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或 减弱误差的影响
– 适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有 特殊的设备。
– 所针对的误差源
• 电磁波干扰 • 多路径效应
– 限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性
13
§4.2 钟误差
14
卫星钟差 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 卫星钟差
• 定义 物理同步误差 数学同步误差
• 应对方法
– 模型改正 钟差改正多项式
Байду номын сангаас
1-sigma 误差，单位 m 随机误差 0.0 0.7 0.5 0.5 1.0 0.2 1.4 0.4 12.8 10.2
总误差 2.1 2.1 4.0 0.7 1.4 0.5 5.3 5.1
7
GPS测量误差的大小② GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小
• SPS（有SA）
• 广义相对论
GPS原理及其应用
(七)
1
第四章 GPS定位中的误差源
§4.1 概述 §4.2 钟误差 §4.3 相对论效应
2
§4.1 概述 GPS测量定位的误差源 > 概述
3
GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的来源
GPS测量误差的来源
• 与卫星有关的误差
– 卫星轨道误差 – 卫星钟差 – 相对论效应
ts a0 a1 ts toc a2 ts toc 2
其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化 率。 – 相对定位或差分定位
15
接收机钟差 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 接收机钟差
• 定义 GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理 想的GPS时之间存在的偏差和漂移。
• 随机 • 量级小 – 毫米级
5
GPS测量误差的性质② GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质
• 系统误差（偏差 - Bias）
– 内容
• 其它具有某种系统性特征的误差
– 特点
• 具有某种系统性特征 • 量级大 – 最大可达数百米
6
GPS测量误差的大小① GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小
总误差 2.1 20.0 4.0 0.7 1.4 0.5 20.6 20.5
8
GPS测量误差的大小③ GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小
• PPS，双频，P/Y-码
误差来源
星历数据 卫星钟 电离层 对流层 多路径
接收机观测 用户等效距离误差(UERE), rms
滤波后的 UERE，rms 1-sigma 垂直误差–VDOP = 2.5 1-sigma 水平误差–HDOP = 2.0
• SPS（无SA）
误差来源
星历数据 卫星钟 电离层 对流层 多路径
接收机观测 用户等效距离误差(UERE), rms
滤波后的 UERE，rms 1-sigma 垂直误差–VDOP = 2.5 1-sigma 水平误差–HDOP = 2.0
偏差 2 .1 2.0 4.0 0.5 1.0 0.5 5.1 5.1
• 求差法
– 原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消 弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响
– 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的 相关性。
– 所针对的误差源
• 电离层延迟 • 对流层延迟 • 卫星轨道误差 •…
– 限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱
11
消除或消弱各种误差影响的方法 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 ③
• 与传播途径有关的误差
– 电离层延迟 – 对流层延迟 – 多路径效应
• 与接收设备有关的误差
– 接收机天线相位中心的偏移和变化 – 接收机钟差 – 接收机内部噪声
4
GPS测量误差的性质① GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质
• 偶然误差
– 内容
• 卫星信号发生部分的随机噪声 • 接收机信号接收处理部分的随机噪声 • 其它外部某些具有随机特征的影响
偏差 2 .1 2.0 1.0 0.5 1.0 0.5 3.3 3.3
1-sigma 误差，单位 m 随机误差 0.0 0.7 0.7 0.5 1.0 0.2 1.5 0.4 8.3 6.6
总误差 2.1 2.1 1.2 0.7 1.4 0.5 3.6 3.3
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消除或消弱各种误差影响的方法 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 ①
• 应对方法
– 作为未知数处理 – 相对定位或差分定位
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§4.3 相对论效应
• 狭义相对论效应 • 广义相对论效应
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4. 3相对论效应 GPS测量定位的误差源 > 相对论效应
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狭义相对论和广义相对论 GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 > 狭义相对论和广义相对论
• 狭义相对论
– 1905 – 运动将使时间、空间和物质的质量发生变化
误差来源
星历数据 卫星钟 电离层 对流层 多路径
接收机观测 用户等效距离误差(UERE), rms
滤波后的 UERE，rms 1-sigma 垂直误差–VDOP = 2.5 1-sigma 水平误差–HDOP = 2.0
偏差 2 .1 20.0 4.0 0.5 1.0 0.5 20.5 20.5
1-sigma 误差，单位 m 随机误差 0.0 0.7 0.5 0.5 1.0 0.2 1.4 0.4 51.4 41.1
• 模型改正法
– 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测 值进行修正
– 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻 了解，能建立理论或经验公式
– 所针对的误差源
• 相对论效应
• 电离层延迟 • 对流层延迟
改正后的观测值=原始观测值+模型改正
• 卫星钟差
– 限制：有些误差难以模型化
10
消除或消弱各种误差影响的方法 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 ②
• 参数法
– 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求 定出来
– 适用情况：几乎适用于任何的情况 – 限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计
12
消除或消弱各种误差影响的方法 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 ④
• 回避法
– 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境； 采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或 减弱误差的影响
– 适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有 特殊的设备。
– 所针对的误差源
• 电磁波干扰 • 多路径效应
– 限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性
13
§4.2 钟误差
14
卫星钟差 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 卫星钟差
• 定义 物理同步误差 数学同步误差
• 应对方法
– 模型改正 钟差改正多项式
Байду номын сангаас
1-sigma 误差，单位 m 随机误差 0.0 0.7 0.5 0.5 1.0 0.2 1.4 0.4 12.8 10.2
总误差 2.1 2.1 4.0 0.7 1.4 0.5 5.3 5.1
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GPS测量误差的大小② GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小
• SPS（有SA）
• 广义相对论
GPS原理及其应用
(七)
1
第四章 GPS定位中的误差源
§4.1 概述 §4.2 钟误差 §4.3 相对论效应
2
§4.1 概述 GPS测量定位的误差源 > 概述
3
GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的来源
GPS测量误差的来源
• 与卫星有关的误差
– 卫星轨道误差 – 卫星钟差 – 相对论效应
ts a0 a1 ts toc a2 ts toc 2
其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化 率。 – 相对定位或差分定位
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接收机钟差 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 接收机钟差
• 定义 GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理 想的GPS时之间存在的偏差和漂移。